浅谈预应力锚杆在深基坑支护中的应用

2015-12-25李柏生

建筑设计管理 2015年7期

关键词：土钉支点张拉

李柏生

（甘肃第五建设集团公司，甘肃天水 741000）

浅谈预应力锚杆在深基坑支护中的应用

李柏生

（甘肃第五建设集团公司，甘肃天水 741000）

预应力锚杆技术作为深基坑支护中的一项主要技术，之所以得到了工程建设部门的高度青睐，不仅是因为该技术具有较高的使用率，更多的是因为该项技术施工简便，且施工效果显著。此外，将预应力锚杆技术应用到岩土工程中，还能够充分提高岩土体自身强度和自身稳定性，缩小结构体体积，减轻结构物自重，不但节约了工程材料，还有利于施工安全。因此，预应力锚杆技术由于经济实用可靠已经在我国得到了普遍的应用。本文将采用理论结合实践的方法，探讨预应力锚杆在深基坑支护中的应用，重点分析它的工作原理和施工工艺，并对本次工程应用效果进行评析。

预应力锚杆；深基坑；支护

0 引言

预应力锚杆技术作为深基坑支护中的一项主要技术，之所以得到了工程建设部门的高度青睐，不仅是因为该技术具有较高的使用率，更多的因为该项技术施工简便，且施工效果显著。此外，将预应力锚杆技术应用到岩土工程中，还能够充分提高岩土体自身强度和自身稳定性，缩小结构体体积，减轻结构物自重，不但节约了工程材料，还有利于施工安全。正因为如此，在当前岩土工程施工中，预应力锚杆技术已经得到了十分广泛的应用。

1 预应力锚杆的概述

在工程建设过程中，预应力锚杆技术的应用对工程质量提升具有重要意义。其工作原理是：结合工程建设的实际需求，选择专业的施工设备，将施工的两端分别与挡土桩和土层连接，然后对锚杆进行水泥砂浆灌注，待其达到一定强度之后，应用到工程施工中，从而进一步提升桩、墙和水平力的压力，然后在此基础上再通过锚具与钢台座反作用在混凝土中连接墙，这样一来，便可以对深基坑起到一定的保护作用。

为了更好地对预应力锚杆在深基坑支护中应用的分析，本文通过拟建建筑物来具体分析，拟建的建筑物主要有3栋，一栋为12层附带2层地下室的办公楼，另外两栋为32层附带1层的住宅楼，基础拟采用筏板基础。筏板厚度后基坑开挖深度约9.5 m，考虑到基坑开挖过程的安全，对基坑周边采取支护措施。经过比较分析，针对现场的实际情况，为了确保工程建设的科学性和合理性，对于不同位置的基坑，所采取的支护方式也有所不同，例如：北侧、西侧和东侧的基坑采用的主要是放坡后的土钉墙支护；南侧采用的主要是排桩预应力锚杆联合支护，除此之外，在一些特殊的位置，则采用土钉预应力锚杆联合支护。

2 预应力锚杆支护的设计

为了确保支护工作的设计满足需求，在开展施工作业之前，施工单位需要对设计进行重新设计，如果不符合需求，则应该进行重新设计。这次的实验材料已经得到了完整文本。这样会保证施工的顺利进行。除此之外，我们还需考虑其他可能会影响施工质量的因素，例如：预应力锚杆受压力而产生的变化以及锚杆的最大承受力等，以此来将锚杆的锚固作用最大限度的发挥出来，荷载比β≤0·05。

2.1 预应力锚杆设计的计算

2.1.1 计算参数的选择

已知职工大厦14层，外加1层地下室，现按每层12 kN/m2的荷载计算，则基坑坡顶堆载值为180 kN/m2。锚杆孔径150 mm，钢筋土钉孔径130 mm。位于排桩预应力锚杆中的锚杆布置于排桩侧边，共设一排，锚杆水平间距约1.0 m，土钉、锚杆与水平面夹角根据实际地质情况有变化。土钉墙钢筋网为双向Φ6.5@250×250，加强筋2Φ16，水平向通长布置。喷射混凝土厚度80 mm，喷射混凝土强度等级C20。基坑紧邻既有建筑职工大厦，支护桩紧贴职工大厦的基础，剖面的土体参数见表1。

表1 基坑剖面设计土体参数

1）钢筋的确定。

a、计算钢筋面积：

由公式

所需配筋为：αt=1.25-2α

b、嵌固深度的确定：

假设嵌固深度为hd，其计算简图如图1所示。根据图示计算简图，相关数值计算如下：

图1 单支点桩锚支护结构嵌固深度计算简图

根据挡土桩墙库伦公式，可求得主动土压力系数：

eaBk=[q+γ（15.1+x）]Ka1=[180+22（5.1+x）]0.307= 89.71+6.754x kN/m2

被动土压力系数：

eaBk=eaBk=71.61×1.383=99.04 kN/m2

利用公式化简，可得：

10.154 h3d-17.567h2d-315.452hd-57.636≥0

令10.1543d-17.567h2d-315.452hd-57.636=0

解得hd1=6.582mhd2=-4.667mhd3=-0.185 m

则取嵌固深度hd=6.6 m

2）预应力锚杆系数的参定。

单支点桩锚支护结构的支点力计算简图见图2：

图2 单支点桩锚支护结构支点力计算简图

a、由下式可计算求得支点力为：

b、预应力锚杆参数的确定，锚杆钢筋截面面积计算：

支点力设计值

Td=1.25γ0Tc=1.25×1.1×287.69=395.6 kN

c、锚固段长度：

式中考虑到锚杆紧贴筏板底面钻孔，界面摩阻力会受到影响，锚孔孔径达到150 mm也较为困难，因此两者取值均有所降低，故取锚固段长度为7.5 m。

3）基坑整体安全性。

排桩设计

桩直径采用800 mm，且间距为2 m。

最大弯矩计算：

基坑底面以上弯矩最大处为距基坑底面1.24 m处，解得M=-532.8 kN·m；

基坑底面以下弯矩最大处为距基坑底面2.18 m处，解得M=488.6 kN·m；

支点力作用处M=75.35 kN·m；

则最大弯矩为M=-532.8 kN·m。

腰梁抗弯抗剪强度验算

腰梁最大剪力设计值：251.63 kN。

腰梁弯矩设计值：99.46 kN·m。

][25a截面面积A=6 981 mm2，惯性矩Ix=6 718.2 ×104mm4，Wx=537.46×103mm3腹板截面面积为A'=3 500 mm2，经计算，抗剪强度为：

满足要求。

215 MPa，满足要求。

2.2 预应力锚杆支护的设计原则

2.2.1 重视自由段的设置

锚杆弹性变形不应小于自由段长度计算值的80%，并且不应该大于自由段长度与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值的要求。自由段的作用在于在规定的长度内预应力钢筋与锚固体不产生握裹力，在预应力拉张时，可以自由拉伸该段预应力钢筋。

2.2.2 注浆要饱满

锚体能够承受压力主要依靠锚杆体与土体之间的摩擦力来传载荷载，只有注浆饱满才能使锚杆体与土体之间紧密结合不出现缝隙。在做锚杆抗拔试验时能够达到抗压力设计值。

2.2.3 深基坑维护

降水是一个非常重要的环节，有效的降水工作不仅能够在一定程度上降低工程造价，提高工程项目的经济效益，而且对深基坑施工的质量也具有直接影响。在工程施工中，如果基坑中的某些结构长期处于浑浊的水中会造成破坏和不应有的损失。应该严格按照降水的要求来做。

3 预应力锚杆支护的施工工序

预应力锚杆支护的施工顺序为：制作锚杆——放样、定位——钻机成孔——洗孔、一次注浆——安装锚杆、二次注浆——养护——张拉锁定。

3.1 钻孔

钻孔施工工艺的选择是否科学合理，直接关系着锚杆的承载能力和工程的整体质量，在实际施工过程中，钻机底部要平整，且不随机器的震动而出现滑移和倾斜。施工前，钻机应试运转检查，以防止成孔或灌注中发生故障。在各项工作准备就绪后，钻机要先部分深入泥浆中，钻孔过程中要连续。

3.2 锚杆体的制作和安装

本基坑支护采用的锚杆为直径150 mm，RRB400级精轧螺纹钢筋，锚具采用钢垫板与高强螺栓。根据工程需求，将预张拉力值设置为设计中的1.05~1.10倍，锚杆的张拉和锁定值则按照相关规定来执行。

穿锚。选择符合要求的锚夹具，根据锚具外径，在锚墩钢垫中心孔周围设置对中标志。将钢绞丝按周边序和中心顺序理出，穿入锚具。推锚具与钢垫板平面接触。

3.3 灌注水泥浆

在锚杆施工技术应用中，二次注浆是非常重要的，如果不进行二次注浆，那么相应的承载力就会下降，但如果在一次注浆的基础上开展二次注浆，就会在很大程度上增加土体对锚固段的法向应力，从而较大的提高土锚的承载力。在开展二次注浆的时候，应该根据工程的实际情况采用底部注浆法，即用注浆导管将水泥浆送到底部，边注浆边抽，直至口部流浆后，将口部封堵、加压。注浆压力0.4~0.6 MPa，锚杆返浆后即可停止注浆。水灰比控制在0.45~0.5范围内。施工中应做好注浆记录。

3.4 预应力锚杆的张拉和固定

预应力锚杆的张拉应该选择好时机，不能提前张拉，只有当锚固段的强度达到15 MPa以上才可以张拉。同时，为了确保锚固工作可靠，锚固段的埋置应该达到一定深度，也就是说，要在土壁稳定坡线之下。除此之外，在深基坑的维护结构中，锚杆与水平面二者之间会形成一个夹角，为了能够使张拉力的方向与锚杆的方向保持一致，施工过程中应该在该夹角处设置一个锲形铁，以此来使腰梁平面与锚杆预应力钢筋垂直。